结构面的力学特性是结构面的基本力学性质之一，近几十年来，国内外众多学者在结构面表面形态特征、强度特征以及变形特性等方面对其进行了研究，并且取得了较多的成果。

结构面的表面形态是影响结构面强度和变形特性的重要因素，合理的表面形态特征参数对研究结构面的力学性质有着重要的意义［9－12］。Rengers在卡尔鲁大学岩石力学系时，最早尝试把天然岩石结构面表面粗糙度量测结果与大比例摩擦模型试验结合起来［13］；Barton和Choubey（1977）［14］给出了10种典型的剖面，结构面的粗糙度在0～20之间变化，并于1987年通过研究不同表面形态结构面的力学行为，提出了岩体结构面粗糙度系数（Joint Roughness Coefficient，JRC）的概念［15］。基于Barton的研究，国际岩石力学学会后来又重新给出了9类粗糙度的典型剖面，并确定了相应的JRC范围［16］。陶振宇等（1992）［17］认为，结构面表面是由两种不同的起伏因素构成的，一种是较大的起伏不平，称为起伏度；另一种是起伏面较小的凹凸不同，称为粗糙度。周创兵（1996）［18］、谢和平等（1992）［19］、王建锋（1991）［20］等研究了分形维数与结构面粗糙度系数的关系。杜时贵等（1994，1999，2002）［21－23］研制了轮廓曲线仪和基本粗糙度尺，为节理粗糙度系数的定量统计提供了一种快速量测手段，并且认为结构面表面形态和JRC存在各质异性、各向异性和非均一性的特点。李化等（2014）［24］利用相对起伏度Ra和伸长率R共同反映结构面粗糙度系数（JRC），并将Barton标准粗糙度等级剖面曲线按其与Ra和R的相关性及其几何形态分为平直状、波浪状、锯齿状三类。目前，Barton提出的结构面粗糙度评价方法虽然是一种二维评价方法，但仍然是评价结构面粗糙度应用最为广泛的方法。

抗剪强度是结构面最重要的力学性质之一。结构面抗剪强度特征，目前已经有了较为丰富的研究，其中关于结构面强度特性的研究，最有代表性的是结构面的三大强度公式，即Patton公式［25］、Ladanyi公式［26］和Barton公式［14，27］，绝大多数后续的研究都是以这三大强度公式为基础而展开的，并获得了较为理想的结果。Patton和Ladanyi将粗糙不平的结构面简化为具有相同角度的规则齿形，并对规则齿形结构面提出了强度公式［25，26］；Barton以结构面粗糙度的概念为基础，针对不规则齿形的结构面提出了摩擦强度公式［14］，之后Barton又根据试验提出了一个新的不规则岩体结构面抗剪强度经验公式，即JRC－JCS模型［27］。这三个理论是目前研究岩石结构面瞬时强度特性的经典公式，但是各自也有一定的局限性，规则的起伏角在不同正应力下所产生的不同破坏机理与结构面实际状态有一定的差距，而结构面粗糙度的量测是较复杂和困难的，这是因为结构面粗糙起伏特征千变万化，难以用简单的数学关系式准确表达［28］。(www.daowen.com)

相对于结构面的强度特性研究而言，结构面变形特性的研究不如结构面强度特性的研究那样全面和深入［29］。目前在岩体结构面剪切试验中采用的应力路径主要有两种：一种是恒定法向应力分级增加剪切应力的常规结构面剪切试验，以研究结构面剪切变形特性；另一种是采用法向加载或法向循环加卸载的方式进行试验来研究结构面法向闭合特性。国内外已有许多学者进行了不同岩性结构面的闭合试验，所得到的结构面闭合试验曲线的形状基本相同［30］，闭合曲线均具有高度的非线性特征。Goodman等（1968，1989）［31，32］把闭合曲线的大部分非线性归结于接触微凸体的非线性压碎和张裂，且认为结构面的卸载曲线基本上遵循与完整岩石相同的曲线。夏才初（1994，1996）［9－12］开展了针对结构面表面形态的数学描述及结构面闭合变形性质的研究。另外，Goodman等（1968）［31］采用双曲线函数、Bandis等（1983）［33］和Barton等（1985）［34］采用改进的双曲线函数、Sharp等（1972）［35］采用半对数函数、Sun（1983）［36］采用幂函数、Malama等（2003）［37］采用指数函数等对结构面的法向闭合变形性质进行了描述。赵坚等（2003）［38］认为，天然结构面在漫长的地质历史中一般都经历了多次变形，因而采用双曲线弹性模型是合理的，即认为结构面法向卸载曲线与加载曲线具有相同的本构关系。Jing等（1994）［39］假定卸载阶段的应力－位移为线性关系，且沿加载曲线的切线方向线性卸载，重新加载时仍采用双曲线函数。尹显俊等（2005）［40］在研究已有结构面剪切循环加载的力学试验和数值模型的基础上建立了新的本构模型，并在本构模型中考虑了磨损对结构面的摩擦和剪胀特性的影响，在物理意义上反映了切向循环加载特性。杜守继等（2006）［29］通过人工岩体结构面剪切试验探讨了结构面剪切变形特性及与变形历史的依存关系，分析认为，在经历不同剪切变形过程后，粗糙结构面变得越来越光滑，粗糙特性呈下降趋势，不同的剪切位移主要影响结构面的抗剪切强度，对剪胀特性影响较小。黄达等（2014）［41］利用二维颗粒流（PFC2D）程序，模拟研究了起伏角及法向应力对贯通型锯齿状岩体结构面的剪切变形及强度影响规律。因此，结构面的力学特性一直受到众多学者的关注，相关的研究成果也十分丰富，为进一步研究结构面力学特性的时效特征奠定了基础。